生活中的力学论文

生活中的力学论文（推荐8篇）

生活中的力学论文 篇1

摘要：工程地质力学以工程为自身的方向，地质为研究对象，通过很过相关的力学方面的手段和方法来研究我们没有解决的各种问题。因而这是涵盖了很多方面和学科的学科，是地质学、力学、以及相关工程学科的综合学科，是力学在生活与工程中的经典应用。

关键词：力学；工程；地质体；工程地质力学。力学作为一个贯穿各类学科的基础学科，在工程和实际生活中都承担着举足轻重的角色。力学结构的完美构造才能保证一个工程或者一个物品的正常使用，反观，如果最基础的力学结构出了问题，会对我们的整体结构造成很严重的影响，甚至会有无法挽回的巨大损失。只有保证最基础的力学结构，我们所构建的整体才能更加完美。而在我们的实际生活和实际工程中，工程地质力学又是一个很典型的力学应用，它是地学和力学的结合，是需要我们不断开拓、不断创新、不断发展的一门学科，但是它在目前的研究中又有着些许难以解决的复杂问题。

那么何为地质力学呢？地质体是由赋存于一定地质环境中并按照某种 结构排列的岩石、土和水组成的。它具有非连续、非均匀、流–固耦合以及未知“初【1】始”状态的特性。工程地质力学以工程为自身的方向，地质为研究对象，通过很过相关的力学方面的手段和方法来研究我们没有解决的各种问题。因而这是涵盖了很多方面和学科的学科，是地质学、力学、以及相关工程学科的综合学科，但主要还是研究工程地质力学的相关问题。在实际的工程中，对很多课题的研究过程中也遇到了很多难以解决的问题，例如，关于地质力学特征和几何特性的勘测和研究。在我国的工程地质力学中，研究的内容主要包括三方面，分别是相关

【2】的 仪器、力学参数的测量以及对参数的研究方法。

工程地质力学主要着眼于解决地下工程问题和地面工程问题。前者，即地下

【3】工程问题，主要面临的问题就是高地应力下的地质体因卸荷而发生的破坏。后者，即地面工程力学，主要面临的问题大部分都是在重力和水力等自然力的作用下，所导致的地质体破坏【4】。地质工程在建造之前必须对当地的地质情况进行准确的勘测吗，在确定各方面数据都没有问题的时候才能进行工程建造，但是在当前的实际工程中，会有很多情况因为资金问题缩减在最开始的勘测方面的支出，以至于会造成数据的不精确性，在后面的工程中，会对有些项目的进行造成一定的阻碍，而工程地质力学应该着眼于更好地解决这些问题，最大化及最优质地解决包括地上地质问题以及地下地质问题在内的各种基础问题。目前我们进行这种勘测最常用的就是直接钻孔开挖法和位移监测法【5】。但在现在的实际建设中，仅仅用这两种方法是不能满足的，新的地质力学勘测方法需要替代这种传统的方法。而工程地质力学的研究方法又有以下几个步骤：上、下限解定理与解析解，包括模型试验、模拟实验以及岩体力学性能测量的室内实验研究，现场地质调查与现场监测和最后的数值模拟。

以上对工程地质力学以及应用中的各种问题的分析与简单研究讨论，可以明显看出地质体的复杂性，而它的复杂性决定了我们对工程地质力学的研究方法必须要创新，只有这样我们目前面临的各种复杂、难以解决的问题最后才会迎刃而解，并且这样的创新可以不断提高我国地质工程建设的水平。我相信随着我们国家科学家们的共同努力我们会在这方面取得更加瞩目的成绩，会走在世界前列。然而，影响这种力学与地学结合的因素主要包括与力学相关的基本理论的发展、勘测技术以及大型工程建设对艺术和整体效果的要求。单单通过力学来研究结构复杂的地质体，简单的模型试验下得到的实验结论并不足以解释地质结构的种种特征以及难以满足地质工程对技术和精度的高度要求。很多数值计算结果的计算参数是通过科学家们有限次试验得到的经验而估计的，计算得出的数据和结果也就只有简单的参考价值，始终不会超出工程师的经验所能判断的范畴，只能局限在这一小块领域，超出了经验判断就会无解；那么我们应该如何摆脱这种局面呢？我想这需要我们将地学和力学的结合与彼此的渗透融合并以解决实际工程问题

生活中的力学论文 篇2

一、生活实例物理分析

1. 走或跑的受力情况

走或跑时, 人体受的外力包括空气阻力、作用于身体总质心的重力, 以及地面支撑脚的力 (简称为支撑反力) 。支撑反力是地面对人脚的总的作用, 它是竖直向上的压力与水平方向的静摩擦力的合力。静摩擦力并不是全部的起加速作用的外力。全面地说, 起加速作用的外力是地面作用于支撑脚的支撑反力。

解析:为研究问题的方便, 可以把支撑反力看成是体重反力与蹬地反力的合力。体重反力是指由于人体具有静态重量而产生的那一部分地面对脚的作用力, 其大小总是等于体重, 方向总是竖直向上, 蹬地反力的大小取决于人以多大的力蹬地, 方向则与人蹬地的方向相反。在脚刚落地至蹬地前的缓冲动作中, 脚向前下方蹬地, 蹬地反力斜向后[图1 (a) ], 因此支撑反力也斜向后, 对人的前进起制动作用, 使人体减速。而在蹬地动作中, 脚向后下方蹬地, 蹬地反力斜向前[图1 (b) ], 因此支撑反力也斜向前, 对人体起加速作用。

RC———体重反力RD———蹬地反力R———支撑反力

2. 神奇的劈和楔

人们把刀、斧等切割工具的刃部叫做劈, 而一头厚一头薄的斜面木料叫做楔。劈能轻而易举地劈开坚硬的物体, 楔可使物体间接触得更紧密。古代有这样一个传说, 明朝年间, 苏州的虎丘寺塔因年久失修, 塔身倾斜, 有倒塌的危险。当时, 有人建议用大木柱将其撑住, 可这样又大煞风景。不久, 有一位和尚把木楔一个一个地从塔身倾斜的一侧的砖缝里敲进去, 结果扶正了塔身, 试分析原因。

解析:因为楔的纵截面是一个三角形, 使用它们的时候, 在其背上加一个力F, 这个力产生的效果, 就是楔 (劈) 的两个侧面形成两个推压物体的力N, 在力N的作用下, 楔把物体楔紧。设它们的纵截面是一等腰三角形, 楔宽d, 它们的侧面长度是l, 如图2所示。

由相似三角形可得N/F=1/d, 所以N= (1/d) F, 若三角形的顶为θ, 则有.

由此可知, 当F一定时, θ越小, N就越大, 因此, 越薄的楔就越容易钉进物体里。显然, 和尚正是利用了质点力学中力的分解原理解决了生活中遇到的这一大难题。

3. 沙尘飞扬的力学分析

(1) 物体在流体中运动时的阻力

如果让质量为m, 半径为r的小球在静止粘滞流体中受重力作用竖直下落, 它将受到如图3所示三个力的作用:重力;流体浮力;粘滞阻力, 这三个力作用在同一直线上。起初, 小球速度小, 重力大于其余两个力的合力, 小球向下做加速运动;随着速率的增加, 粘滞阻力也相应增大。当小球速率增大到一定数值时 (极限速率) , 小球做匀速运动, 此时作用于小球上的重力与浮力和粘滞力相平衡。

如果流体密度为ρ, 小球密度为ρ′, 小球速率为υ, 则有下面的关系:

由此可求得小球下落的极限速率为:

可见, 小球下落的极限速率与其半径的平方成正比, 半径越大, 下落的极限速率就越大。从上面讨论还可看出极限速率与小球密度有关, 密度大相应的极限速率也越大。

(2) 沙尘飞扬的原因

由前面分析已知, 对于粒径不同的沙尘, 极限速率υ差异很大。对粒半径很小的尘埃, υ也很小, 易被加速, 空气的任何轻微流动, 上升气流的速度分量都可以超过它的极限速率, 导致其随风起动, 甚至人在屋里走动所带动的空气扰动, 也会使它飞扬起来。这就是“为什么风一刮, 总是有一批细小的尘埃随风起舞, 飞扬起来”的原因。而且, 这样的尘埃一旦处于空中, 靠其自然降落到地面需要相当长的时间。对粒半径较大的沙粒, 则不容易被风加速, 颗粒很难随风起动。这表明沙尘是否起动, 风速的大小是一个主要因素, 而且风速越大, 沙粒随风起动的可能性就越大。沙尘暴是由于本地或附近尘沙被风吹起而造成的, 特点是天空混浊, 能见度明显下降, 沙尘暴天气能见度甚至小于1km。由于极限速率与颗粒大小密切相关, 风小, 飞起来的尘埃颗粒就小;而风大时, 除了小颗粒尘埃飞起外, 还有颗粒大的尘埃飞起。

二、总结

《物理教学大纲》提出:“物理要密切联系实际, 使学生在理论和实际的结合中理解和运用知识。”联系实际能激发学生学习的兴趣, 让学生感觉到物理就在我们身边, 与生活紧密相关;能开拓思路, 让学生学会从实际生活找到解决理论问题的办法;理论联系实际是培养学生能力的重要途径, 把学到的知识应用到实际中, 反过来加深了对知识的理解, 提高分析问题和解决问题的能力;联系实际还能提高学生科学文化素质, 为将来的创新学习打下一定的基础。

参考文献

[1]周衍柏.理论力学[M].北京:高等教育出版社, 1983:41, 55.

[2]许贤良, 王传礼, 张军.流体力学[M].北京:国防工业出版社, 2006:1.

[3]廖红, 王恒.感受物理[M].上海:上海科学技术出版社, 2004:68-71.

巧用物理力学知识分析生活实例 篇3

摘 要：本文运用中学物理力学知识分析4个常见生活实例，采用生活与知识相结合的方式，提升中学生学习物理力学知识的兴趣，有效解决中学物理教学过程中出现的力学知识点抽象、不易被中学生掌握的难题。

关键词：物理 力学 生活 实例

在生活中，力是我们熟知的一个名词，认识力并掌握力的相关知识，是中学物理力学知识教学目标之一。上海科学技术出版社、广东教育出版社联合出版的《物理》（八年级下册）一书，着重讲述力的相互作用、力的三要素、重力、摩擦力等知识。根据《初中物理课程标准》中课程基本理念，我们的物理教学要贴近学生生活，激发并保持学生学习物理知识的兴趣，使学生在学习和探索中掌握物理学的基础知识与基本技能。为了拓宽学生的知识面，阐述4个生活中力的应用实例，帮助学生了解力的特点和力的用途，进一步巩固学习效果，并激发学生学习物理的兴趣。

一、人走路时力的作用

在一条平坦的马路上，一个健康的人可以迈开大步向前走，走路并不难，人只要有气力，抬起腿，迈开步伐，不就能向前走了吗？而事实上，问题并不那么简单。请同学试一个动作：挺直身体，背贴着墙站立着。把任意一只脚抬起来，向前迈步，只要身体一直贴着墙壁，这只脚是迈不出去的。如果抬起的脚向前迈出一步，那么，回望一下，身体已经离开了墙壁。这说明，身体向前移动了。当身体向前移动时，一定借助了一种外力。换句话说，正是这种外力推着人前进。如果这种外力偏小，走路就会很困难。例如，在光滑的冰面上，人们通常不敢迈大步，而只能加倍小心地挪动双脚前进，所以，推着人前进的力正是后脚蹬地的力。

下面运用物理知识中的作用力和反作用力进行分析。人用后脚蹬地时，后脚给了地面一个力，这个力的方向向后，同时，地面也给了人身体一个力，这个力的方向向前，正是这个方向向前的力把人向前推了一下。后脚蹬地面时，人给地面一个方向向后的力，这里把它称为作用力F；同时，地面给人身体一个方向向前的力，这是与作用力相对应的反作用力，它表现为摩擦力f。通常，作用力和反作用力是一对相互作用力，它们大小相等，即F=f，并且方向相反，所以，人在平坦路面上走时会觉得很轻松。如果人行走在冰面上，假设像在平坦路面上走路那样用力向后蹬地，而由于冰面很光滑，人受到冰面给的摩擦力比蹬地的力小很多。这两个力不平衡，人就会摔跤。

二、自行车身上的力学知识

自行车是生活中常用的交通工具，在它的“身上”运用了许多力学知识。

测量长度的应用。在测量弯曲道路的长度时，可采用滚轮法进行测量。比如，一辆普通自行车的车轮半径r约为0.35米，车轮沿路面滚动一圈，历经长度为半径r乘以两倍的圆周率，即约为2.20米，然后，让自行车在道路上持续滚动，记录车轮滚过的圈数n，则弯曲道路的长度为n乘以2.20米。目前广为使用的自行车里程计就采用了这种方法计算自行车行驶路程。

减小摩擦与增大摩擦的应用。为了减小摩擦阻力，自行车的很多部件（如前轴、后轴等）都采用滚动代替滑动的方式。如果将润滑剂加至这些部件，可以进一步减小摩擦阻力，使人们在骑自行车时觉得很轻便。为了增大摩擦，自行车外表很多部位刻有凹凸不平的花纹，如自行车的轮胎、自行车塑料把手套和闸把套等。此外，将滑动摩擦代替滚动摩擦，也是增大摩擦的一种方法。如在刹车时，手用力握紧车闸把，增大刹车皮对钢圈的压力，制止车轮滚动，车轮不再滚动，而在地面上滑动，摩擦力大大增加了，故自行车可以很快停下来。

惯性定律的运用。飞速行驶的自行车，在遇到突发情况时，如果只刹住前轮，后轮会跳起来，这是什么原因？前轮因突然受到阻力而停止运动。因为后轮和车上的人没有受到阻力，根据惯性定律，物体在没有受到外力作用的时候，总保持匀速直线运动状态或静止状态，所以，后轮和人要继续向前运动。因此，后轮会跳起来，并继续向前移动一段距离。

由此，学生应切记：在自行车快速行驶时，切忌单独使用前闸刹车，不然容易导致翻车！

三、水槽下水管弯曲的“秘密”

水槽下方大多都是弯曲形的下水管，再接入排水道，看似浪费材料，实际上这样做的目的是为了更好地排放污水，给我们一个清洁的环境，其中利用了物理学中的连通器原理，即连通器内装入同种液体，当液体静止时，容器中的液面总保持相平。

弯曲形状的下水管就是一个简单的连通器。当水管A处没有水流入时，连通器A、B两处的液面在同一水平面，A管底部压强P2等于B管底部压强P1，下水管A、B两处之间U形管内液体不流动，这就避免排水道里污水的异味渗出；当水流入A处时，A处液面会高于B处液面，A管底部压强大于B管底部压强，即P2>P1，在液体内出现的这个压强差使水流动，脏水排走。

四、吊扇的受力分析

吊扇是一种生活中常见的电器，它通常是固定安装在天花板上，所以称为吊扇。吊扇可以调节房内的空气流动，夏季使用能产生很好的消暑效果。当吊扇静止时，吊扇受到竖杆（用来悬挂吊扇）对吊扇的拉力F和吊扇自身的重力G。根据物体平衡状态特点，有F=G。那么，当吊扇工作起来以后吊扇的竖杆是否因受力增大而使吊扇掉下来，这个问题学生往往容易产生疑惑。通过对吊扇进行受力分析，可以解决这一问题，得到的答案是否定的，具体情况可作如下分析。

当吊扇转动起来，扇叶向下推动空气，这个推力为F空，根据“物体间力的作用是相互的”可知：同一时刻，空气也对扇叶施加了一个向上的力F'空。经过受力分析可知，吊扇受到3个在竖直方向上的力，即：重力G（方向为竖直向下）、竖杆施加的拉力F'（方向为竖直向上）和空气施加的力F'空（方向为竖直向上）。当吊扇平稳旋转时，在竖直方向上有F'+F'空=G，则吊扇处于平衡状态。通过对吊扇前后平衡状态的对比分析，可以知道：吊扇旋转时受到竖杆的拉力F'比静止的时候受到的拉力F小。因此，当吊扇转动起来以后，我们根本不必担心它是否会掉下来。

物理源于生活，教学应贴近于生活、联系于生活、应用于生活、升华于生活。世事洞明皆学问，生活中蕴含着丰富的物理知识，教师应引导学生在日常生活中深入观察、勤于思考、勇于探究。让学生结合自己所学，学以致用。既帮助学生养成良好的思维习惯，又能获得物理知识的内涵，体验成功的喜悦，激发进一步深入学习、探究未知知识领域的兴趣，感受物理学科独特魅力的一面。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.《义务教育物理课程标准》（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2012.

[2]华东地区初中物理教材编写组.《物理》（八年级下册）[M].上海/广州：上海科学技术出版社/广东教育出版社，2013.

[3]华东地区初中物理教材编写组.《物理》（八年级上册）[M].上海/广州：上海科学技术出版社/广东教育出版社，2013.

[4]戴树鸿.用电子表作自行车里程计[J].家庭电子，1994，12：9.（作者单位：江西省体育运动学校）

游泳技术中的力学 篇4

摘要：凡涉及水环境的运动项目，运动员都不可忽视水的一条最重要的自然属性——水是一种流体。在物理学中，研究流体宏观运动的这部分力学称为流体力学。它又可以流体静力学和流体动力学，游泳项目因其必要的水环境与流力学有着不可分割的关系体。好的运动员不是改变水的流体属性，而是借助于水中的各种力来实现自己的水中活动。

关键词：流体力学

游泳技术

划水

阻力

推动力

任何一种体育运动最合理最完善的程度，都必须依照一定的基础原理进行分析并加以应用，游泳作为一项大众化的体育项目也是如此。流体力学是游泳技术力学分析的理论基础。在游泳技术中，运动员受力情况分析是较为复杂的这也是为什么游泳中有佼佼者，也有人却不尽人意。理论与实际存在一定的差异、复杂的受力情况、个人的因素等就把运动员的有用水平分成三六九等。

要想分析游泳技术中的力学问题，首先了解一下水的自然属性：（1）水的压力

水有压力。当人在水中是，如果水的深度超过胸部，就会明显感觉水的压力存在，因为，此时人在水中呼吸变得完全不同于平时在陆上呼吸那样轻松自如，尤其在吸气时感到费力。这种现象就是水的压力在起作用这是水的压力带来的不利之处。在水的压力带来呼吸调整问题的同时由于压力相关的压强为运动员提供了在水中漂浮的条件，根据压强P深度h水的密度ρ之间的关系，即P＝ρgh，上下表面的压强差形成的压力差把人在水中托起。

（2）水的流动性

水具有流动性。在物理学中，运动是相对的，以运动员为参照物，在游泳过程中，人与水之间由于划臂、蹬腿等动作产生相对运动，在水受到力的作用是会给人以反作用力，在力的作用下两者产生性对运动，流速的大小产生不同压强，由于压强差造成的压力差推动运动员运动。

（3）水的密度 密度是某种物质的质量和其体积的比值。其数学表达式为：ρ＝m／v，由于水的密度与人体相近，根据浮力公式：F=ρgv，所受浮力与重力相近。在产生的因运动造成的力的作用下，人可以把部分需要部位露出水面，完成简单换气。换气过程中身体露出水面的情况与人体当时受力有关，吸气前由于手脚划水作用改变原来受力平衡，使得头部露出水面。在吸气时胸腔变大，浮力变大，这是重力与浮力重新达到平衡。

在游泳过程中，要想取得好成绩不仅要了解水的属性，还要对力加以利用和克服： 1.阻力

游泳没有走得快，与跑更无法相比，空气与水对人体运动阻力的比值是其重要成因之一。这其中的主要原因是水的密度大约是空气的1000倍。不像跑步、骑自行车或者其它常见的人类运动形式可以将肌肉的大部分能量转换成前进运动,我们游泳时几乎要消耗90%多的能量去克服液体的阻力.当然,水的密度也多少能给我们提供一些昂首翘尾的机会,这意味着我们可以或深或浅地在水面漂浮,但是这要取决于我们身体的胖瘦比例和肺活量的大小。“同一物体在同样的速度下运动，水的阻力比空气阻力大800多倍。”空气阻力是水阻力的八百分之一。认知这种阻力差，变换手掌划水角度，减少水的阻力，增加游进动力，是提高泳速的关键。

（1）迎面阻力指的是，游泳前进时为了排开身体前方的水，而在迎面受到的阻力。这种阻力是游泳时的主要阻力之一。克服这种阻力的方法，就是尽量将身体成流线型。在这里，举一个最简单的例子。初学蛙泳的人，经常会犯一个毛病，就是：收腿时大腿往肚子那里收。这是完全错误

图1

的，因为这样做破坏了流线型，让大腿成为前进时巨大的迎面阻力。正确的做法是小腿往屁股后面收。

（2）

摩擦阻力是水流过身体时，与身体摩擦而产生的。实验证明，高速运动的物体，如飞机等，摩擦阻力起重要作用。而对于象游泳这样的低速运动，摩擦阻力起的作用很小。所以，有些运动员剃光全身的毛，想以此减小阻力，其实并没有实验上的根据。现在有很多运动员穿鲨鱼装，性质也是这样。

（3）旋涡阻力是指，水在填充身体前进以后留下的空间时，产生的旋涡对身体的阻力。这也是游泳时主要的阻力之一。这种阻力，在很多情况下，表现为浪花产生的阻力。克服这种阻力，也是尽量让身体成为流线型。有的人游泳时，身体不是平着的，而是竖的或者斜的。这样做，迎面阻力很大，旋涡阻力也很大，所以是不正确的。物体前面的形状越不好，（非流线型），受力就大，物体后面的形状越不好，漩涡就越多，压力就越小，物体前后的压力差越大，所受的形状阻力（也称漩涡阻力）越大。因此，在游泳时保持身体的图2

流线型是非常重要的。在出发和转身后的滑行中，身体要保持平直和一定的紧张度，做好流线型，以减少漩涡阻力（图2）。蛙泳应先伸臂再蹬腿。让手臂接近伸直，做好流线型再蹬腿，不要屈臂在胸前或伸臂同时蹬腿。另外，蹬完腿应拼拢伸直，不要弯曲分腿。爬泳、蝶泳、仰泳打腿时要伸直脚面，勾着脚都会在身后出现大面积的漩涡。

根据阻力公式

我们知道，游泳速度增加一倍，则阻力相应增加4倍。这是在推进阻力面积和正面阻力面积不变的情况下得到的结论。实际上运动员游进速度提高时，手臂上的转动点位置也随之下降，这时推进阻力面积和正面阻力面积的比值也发生变化。如果转动点在肘部时，推进阻力面积与正面阻力面积之比是1：3，当运动员速度提高一倍时，手臂上的转动位置由肘部降到腕部，这时的力量与速度关系就会很好的体现，可见提高游泳速度不仅要有力量上的优势，在水中的姿势也有很大关系。同时也告诉我们，在向前做有效划水的准备动作时，不要过猛过快，如蛙泳向前伸臂，和收腿时，不能过猛过快，在爬泳、蝶泳、仰泳打腿时，不要主动向前弯曲小腿来打水。以免增加阻力。另外，游泳时，匀速地前进，阻力相对要小些。爬泳和仰泳中，当一臂结束划水前或正结束划水时，另一臂即开始划水，使前进速度比较均匀。而蝶泳则不然，两臂同时划水，不同时向前移臂，有“时快时慢”的情况，要费很大的力量去克服惯性。这就是爬泳、仰泳要比蝶泳游得快些和省力的原因之一。

2.推进力

所谓推进力顾名思义，就是推动前进的动力，在游泳过程中，运动员为了在水中前进通过相关部位的活动与水产生相互作用力，在水对人产生反作用力的情况下，人借助于这个反作用力在水中前进，水的反作用力就是人的推进力。那么在游泳比赛中，推动力就是运动员前进的动力，这也是决定前进速度的另一个重要因素。“因为游泳运动员不能把脚支撑在地面上，所以髋部就不能起到鞭把的作用,达不到使力量集中一点推动整个身体的实质目的。当我们以最大效率游泳的时候，躯干轴向转动推动在移

图3

臂的手臂前伸入水，同时也驱动另一只手臂向后推水。”推动力与阻力两者共同作用在运动员身上，在二力的合力作用下运动员有了改变运动状态的能力。

根据牛顿第三运动是定律，作用力和反作用力的大小相等，方向相反。我们在向后作有效划臂、蹬（打）腿时，要尽量加大投影截面，和加快速度，这样能获得更大的反 作用力，即向前推进力。例如蛙泳在向后蹬水的面积（而不是用脚底去蹬水）。而且蛙泳蹬腿，爬、仰、蝶泳打腿，都是用大腿带小腿做“鞭打”的动作，一方面力臂长，费力大而划水的效果差（图3）。这是因为直臂划水，会产生与前进方向不一致的分力，这个力不是推动前进，在爬泳，蝶泳中，造成身体上下起伏，而在仰泳中产生左右摆动。而高肘 图4 屈臂划水，使手掌和前臂形成最有效的划水面和合理的划水方向，并加长了有效的划水路线，从而取得最大的推动力。（图4）最不好划水动作是沉（拖）肘反作用力大小相等，方向相反这一定律看，游泳时，应直线向后划水，但事实在实际中几乎找不到一个完全直来直去划水的优秀运动员。这是因为水是液体，是可以移动的支撑物，划水时，水对手产生反作用力的同 时也随手向后流动，手再沿着直线划这股还在向后流动的水时，就如逆水游泳一样，效果就越差。而曲线划水，就同民间摇橹船的橹一样，曲线划水，可以不停地对着相对静止的“新水”给以作用，而得到支撑反作用力。可见，曲线划水虽然会有分力，但比起“划空”，推进力还是要大得多。屈臂划水，因为小臂和手掌的对水面不好，划水面太小，划不到水。从作用力和 结尾：在游泳过程中，技术占有关键地位，良好的游泳技术在很大程度上让人节省体力，减小阻力，增加推动力。但是在游泳时，人除了要很好的掌握自身熟悉的技术因素外，还要关注与水环境的因素，在不同的水环境下，要有针对环境所独有的特殊因素，例如：游泳池中的静水环境和江河中的动水环境，根据当时特有的条件在节省体力的情况下达到自己所希望的目的。文献：

1.J Y 康西尔曼 游泳的力学原理 1974 2.张志田 贾玉瑞 温仲华 游泳技术原理 1990 3.汪曦永 凡时芳 由中国游泳悉尼奥运失利引起的思考会 2001（02）4.伊协远 马晖扬 庄礼贤 流体力学多层次课程体系建设与教育改革【J】教育与现代化 1990年02期

材料热力学在焊接中的应用 篇5

1.材料热力学在吕铁异种材料连接中的应用

铝及铝合金具有比强度大、重量轻等特性“而钢具有高强度、抗腐蚀性等优点”因此铝和钢的焊接结构具有越来越广泛的应用前景。但对铝/钢异种金属材料连接而言“两者之间的固溶度很低”物理化学性能差异明显“极易反应生成一定厚度的Fe-Al金属间化合物”，生成的金属间化合物主要以脆性相为主, 根据二元相图,铁和铝两者相互作用可以形成Fe3Al , FeAl2 , Fe2Al5 与FeAl3等一系列金属间化合物"。为进一步探明铝/镀锌钢板界面反应区的组织结构与生成物和进一步说明在铝/钢异种金属焊接过程中各Fe-Al金属间化合物的生成机理，可以采用热力学计算的方法，预测铝/镀锌钢板焊接接头界面处各Fe-Al金属间化合物相生成的可能性。

各种Fe-AL-金属间化合物相的吉布斯标准自由能可表示为

纯液态铁的自由能为:

左式中的一项是体心立方晶格的铁的标准吉布斯自

由能，第二项是具有磁性的铁的吉布斯自由能，第三项是非磁性Bcc铁转化为液态铁时的吉布斯自由能的变化

在二元组分体系中,某一组分的偏摩尔吉布斯自由能即为该组分的化学势,因此可得:

同理,可得AI的化学势。金属间化合物的吉布斯自由能变化计算和绘图的结果如下图所示：

通过计算可以得出Fe Al形成相的标准吉布斯自由能最大，当温度介于300~1500 K时，形成Fe Al的吉布斯自由能大于零，所以在焊接铝和钢的过程中Fe Al不可能生成Fe Al而其他化合物在此温度区间内均可形成。

另外，有关研究发现，FeAl2是一种亚稳相，因而在焊接过程中，这种化合物也不可能生成。而Fe3Al的生成吉布斯自由能在温度低于900 K时小于零，当温度超过900 K时大于零。且整个温度范围内几乎接近于零，说明在温度小于900 K时，该化合物在铝铁界面上可能生成，当温度超过900K时，该化合物在铝铁界面上不可能生成。由计算还可得Fe2Al5的吉布斯自由能变化比生成FeAl3的要小得多。根据吉布斯判据，吉布斯自由能的值越负，说明反应的自发性越强，故在铝/镀锌钢板焊接接头界面处开始形成的金属间化合物可以认是Fe2Al5此 外Fe2Al5相具有斜方型晶体结构，沿C轴具有较多原子空位，AL原子容易占据此处，因此Fe2Al5长大很快，在随后的冷却过程中Fe2Al5与多余的Al原子结合而生成层次不齐的Fe3Al相。通过上面的热力学分析可知，在铝/镀锌钢板焊接接头界面处可以生成Fe2Al5和FeAl3这两种化合物相。

通过对Fe-Al金属间化合物的热力学计算，结果表明，在铝/钢异种金属焊接界面处可以生成Fe2Al5和FeAl3两种化合物相，与实验结果基本一致。并且由于生成的Fe2Al5的吉布斯自由能变化比生成FeAl3的要小得多，故在界面上Fe2Al5要比FeAl3优先生成，而FeAl3相是在熔体冷却过程中Fe2Al5与Al原子结合而生成的。

2材料热力学在研究焊缝形成过程中的应用

研究钛合金电子束焊接接头相变的热力学特征，从热力学角度分析钛合金电子束焊接接头在不同的热处理条件下形成不同组织结构的机制，可以为通过改变热处理制度控制钛合金电子束焊接接头相变的方法提供理论基础。通过热力学研究钛合金电子束焊接接头相变的热力学特征表明，钛合金电子束焊接接头的相变驱动力来源于新相马氏体和母相的化学自由能差，形成的马氏体贯穿整个晶粒，并且其取向呈一定的角度；低于Ms点的焊后热处理只能使马氏体长大，而高于Ms点的焊后热处理不仅使马氏体长大，还使部分β相成为饱和固熔体，并残留在马氏体片层之间。

高尔夫球运动中的流体力学 篇6

“高尔夫”是GOLF的音译，由四个英文词汇的首字母缩写构成。它们分别是：Green，Oxygen，Light，Friendship，意思是“绿色，氧气，阳光，友谊”，它是一种把享受大自然乐趣、体育锻炼和游戏集于一身的运动。[1]如今，现代高尔夫球运动已经成为贵族运动的代名词，是中国古代一种名为“捶丸”的球戏演变而来的。高尔夫球的发展历史

高尔夫球最早是用木制的，中国的捶丸的“丸”或“俅”是用“痪木”，即木疙瘩制成。后来，西方改用皮革内充以羽毛来缝制。不过这种球有一个大缺点，就是当球被打入水中或被露水粘湿时，重量会增加。[2]直到1845年，开始改用橡胶或塑胶压制而成的光滑圆球，这种球优点是不会因为被水湿了而大大加重，但是球飞行的距离却大为缩短。

后来，人们发现，用旧了的有划痕的高尔夫球，反而可以打得更远。为什么表面粗糙了，飞行反而远了呢？这里面大有学问。

早在1910年，著名物理学家J.J.Thomson就发表了这方面的研究论文[3]，相继的研究工作导致了为让球飞得更远，在球的表面上采用了布满小凹痕的设计。事实上一个表面光滑的球，职业选手击出后的飞行距离，大约只是布满凹痕球的一半。粗糙的表面可降低空气阻力的道理涉及“边界层”的概念。边界层理论

边界层理论的基本想法是，在黏性系数很小的情形，可将整个流场分做两部分处理，黏性只表现在附着于物体表面上的边界层内；从表面向外，边界层中气流的速度从零逐渐加大到与外部气体流速相同，不同速度层间存在摩擦损耗，对于边界层以外的流体，则完全略去黏性力的影响，用理想流体的理论处理，并将得到的解作为边界层外缘的边条件，这样整个问题可得到解决，边界层的厚度dRe12，其中d为球的直径。高尔夫球效应的原理

物体或高尔夫球在空气中飞行，最早空气被想象为没有黏性的，或者说是没有摩擦的。这时流过物体表面的流体质点和物体表面质点的速度可以不同，它们之间是有正压力却没有切向力，这就好像把重物体在另一物体的水平面上拖着走时没有阻力一样。人们把这种没有黏性的流体称为理想流体。按理说，在理想流体中飞行的物体是没有阻力的，在地面上的抛体，即使是抛一根稻草，它的飞行距离可以和扔石头一样远。不过这和实际观察到的现象完全不符合，物体在空气中飞行时的阻力是绝对不可忽略的。最早认识到这个矛盾的是法国学者达朗伯尔，所以这个矛盾也被称为“达朗伯尔佯谬”。[4]

由于空气阻力的作用，按说应该是光滑的物体受到的空气阻力小才对，不过流体作用在运动物体上的阻力还要复杂一些，除了上面的这种由流体的黏性引起的阻力外，还有一种由于流场改变所产生的阻力，即压差阻力。而且在物体运动速度较快时，这种阻力会占阻力的大部分。原来当物体快速飞行时，在物体前面和后面产生了很大的压差，即前面的压力大，后面的压力小。

图1（a）给出了在完全略去空气的黏性并将其视为理想流体时，球周围流线的截面图。这里为简单起见，将流线直观地理解为一小块空气所走的路径。准确地讲，在这种意义下得到的是流体的迹线，表达同一时刻空间各点流速的方向的流线和迹线，仅在定常流动，即流动情况不随时间改变时才是相同的。对于图中i,j两条平行等距的相邻流线，在接近球体A点（流体力学中习惯称之为驻点）时，间距开始缩小，在B点处间距最小，其后逐渐加大，恢复到平行等距。在定常流动情形，单位时间流过相邻流线间任一截面的流体质量总是相等的。由此可以知道，从接近球的前端A点到球的顶端B点或底部D点，气流是加速的，气流进而向C点流动，此时是减速的。按照伯努利方程，A、C两点处气体压强要比B、D两点高，但是从对称性的考虑，在气流中的球体感受到的净压强为零，没有阻力作用在球上。

图1（b）是球体表面有边界层存在的情形，在图中边界层用虚线画出。从A到B，和图1（a）一样，边界层和外部气流都是加速的，尽管边界层中存在黏性摩擦导致的能量损耗，倾向于使层内的流体减速，但由于A点压强高于B点，在压强差的推动下，边界层气流会沿球面前进。从B到C情况则不同，此时压强是增加的，边界层失去了推动力，无法到达C点，而是在S点（流体力学中称之为分离点）处和球面分离。分离后的气流是不规则的，形成处于湍流状态的尾流。气流速度进一步增加，边界层中摩擦损耗更大，边界层和球面的分离发生得更早，因而有更宽的尾流。

上述边界层和球面发生分离，存在尾流的状态，是球在飞行中所受阻力的主要来源，因为此时球前后端之间存在压强差，A点附近气体的压强要大于分离点间的压强，气流在流动方向上对球有作用力，流体力学称之为压强阻力或形状阻力。此外，边界层内的黏性摩擦也会导致能量的损失，产生摩擦阻力，这两种力合在一起构成对球运动的总阻力。

图1 飞行中的高尔夫球示意图 光滑的球由于这种边界层分离得早，形成的前后压差阻力就很大，所以高尔夫球在由皮革改用塑胶后飞行距离便大大缩短了。为此人们不得不把高尔夫球做成麻脸的，即表面布满了圆形的小坑。大多数高尔夫球有300—500个凹坑,坑深约为0.025mm。高尔夫球飞行的前方有一高压区，气流在球表面形成薄薄的边界层，空气流经球的后方时，边界层与球体分离，在球的后方产生一个湍流尾流区。湍流的扰动导致球体后区压力较低，尾流区越大，压力就越小，对球的阻力就越大。光滑球面的界面层容易剥离而产生大的尾流区，凹坑使空气形成的边界层紧贴球的表面，使平滑的气流顺着球形多往后走一些，减小尾流区，增加球后方的压力，使球飞得较远。

麻脸的高尔夫球有小坑，飞行时，小坑附近产生了一些小的漩涡，由于这些小漩涡的吸力，球体表面附近的流体分子被漩涡吸引，边界层的分离点就推后许多。这时，在高尔夫球后面所形成的漩涡区便比光滑的球所形成的漩涡区小很多，[5]从而使得前后压差所形成的阻力大为减小，同时球体升力会增加。图2形象地显示了流体流经光滑球体与高尔夫球表面时的情况。Jin choi[6]等对高尔夫球进行实验研究，发现小凹坑引起气流剪切层的不稳定，可使局部分离的气流具有较大的动量重新附着在球体表面，同时具备了克服较强逆压梯度的能力，推迟了流动分离，使阻力减小。

图2 流体流过光滑球体和高尔夫球面 流体力学与高尔夫球

最早给高尔夫球的运动从流体力学的角度进行严格实验和分析的是英国爱丁堡大学的自然哲学教授泰特（P.G.Tait，1831~1901）。他从1778年开始系统地进行高尔夫球运动的实验。并且就“球状抛体的飞行路径”为题在1893年和1896年分别发表了两篇论文，系统阐述了他对于高尔夫球在旋转和空气阻力下的路径的理论结果。高尔夫球在旋转时，会往上“漂”或会往下“钻”，就是由于流体对高尔夫球的作用力的缘敌。

从流体力学的知识我们知道，物体在流体中以速度v运动时，它所受的阻力

f1kSv2 2其中，ρ是流体的密度；S是物体的截面积；k是一个依赖于物体形状的系数，在速度相对于流体中的声速很小的情形下是与速度无关的常数。

流体流过物体表面时，所受到的阻力是由流体沿物体表面流动所引起的切向应力和压力差造成的，故阻力可分为摩擦阻力和压差阻力两种。摩擦阻力是指作用在物体表面上的切向力在来流方向上的投影的总和，是粘性直接作用的结果。压差阻力是指作用在物体表面上的压力在来流方向上的投影的总和，是粘性间接作用的结果。压差阻力的大小与物体的形状有很大的关系，故又称为形状阻力。摩擦阻力和压差阻力的和构成物体所受的总阻力。

参考文献

[1] Malcolm Campell著 游玫琦等译.高尔夫百科全书[M].景秋出版事业有限公司（台）

[2] 武际可.从麻脸的高尔夫球谈起——流体运动物体的阻力和升力[J].力学与实践，2005,27（5）：88-92

[3] J.J.Thomson.Nature,1910,85:251

[4] 刘雅君.高尔夫球射程问题的讨论[J].大学物理，2005,24（1）：30-32

[5] 宋娟娟.非光滑表面湍流减阻及流动控制研究[D].北京：中国科学院研究生院，2012

论高中物理力学知识的生活化教学 篇7

一、适当运用生活化教材, 将教学内容化难为易

力学是物理学科中比较抽象的内容, 它来自于学生的实际生活, 同时又高于学生的生活。力存在于自然界, 但如何将力这个概念量化就显得尤为抽象, 这在一定程度上增加了学生的理解难度。例如, 牛顿被苹果砸中, 提出了万有引力的物理概念, 万有引力直白来讲其实就是物体为什么会向下落而不是向上飘。但从物理学角度对万有引力进行定义就比较复杂, 这也是学生难以理解力学知识的重要原因。所以, 现阶段高中物理力学知识教学中, 为了让学生可以更加全面地理解教学内容, 教师可以适当运用生活化教材, 拓展教材内容, 并将教学内容化难为易, 不断提高学生的学习水平。

现以人教版高中物理“离心现象及其应用”为例, 本课的主要目的是让学生明白什么是离心运动, 并通过对离心运动的学习, 明白所有事物都是一分为二的, 学会用两面性看待事物。在教师引导学生对教学内容进行初步分析, 学生已经对教学内容形成初步认识之后, 教师为了检查学生对教学内容的理解情况, 提出问题:“洗衣机脱水蕴含了什么物理现象?”教师在离心运动教学中提出问题势必与教学内容有关, 所以学生异口同声回答:“离心现象。”在此基础上教师继续提问:“为什么洗衣机脱水功能会做离心运动?”在教师提出这个问题之后, 学生明显沉寂下来。这充分说明学生对教学内容的理解程度不够, 还无法灵活运用物理知识解决实际问题。为了让学生全面掌握物理力学知识, 教师根据这个生活性案例, 再次引导学生进行深入探究, 最终得出结论“在桶高速转动时衣服中的水所受附着力及摩擦力小于所需要的向心力, 所以做离心运动”。

由此可见, 在开展高中物理力学教学活动中, 教师适当运用生活化案例, 拓展教材内容, 简化教学内容, 就可以确保学生真正理解和掌握教学内容。

二、融入生活化的情景, 营造轻松、有趣的物理课堂

课堂教学中创设生活化情景, 更能引起学生的共鸣感和归属感。由于高中物理力学知识理解难度比较大, 大部分学生可能对物理课堂存在抵触心理, 不愿意积极参与课堂教学活动。所以, 现阶段高中物理力学教学过程中, 教师可以结合教学内容的要求, 为学生创设生活化的情景, 营造轻松、有趣的物理课堂, 增强物理课堂对学生的吸引力, 让学生积极参与课堂教学活动, 加深对教学内容的理解。

现以“动量、冲量定理”为例, 在开展课堂教学活动前, 教师以4人一组的方式将全班学生进行分组, 要求学生用纸、鸡蛋和双面胶做一个小实验, 即学生用纸包住鸡蛋, 扔向高空, 如果鸡蛋没有摔碎, 则实验成功。在学生的认知中鸡蛋落地肯定会碎, 所以对于这个小实验, 每一个学生都显得兴致盎然。按照教师的要求, 学生积极投入到讨论中, 有学生用双面胶将包住鸡蛋的纸裹了很多层, 结果鸡蛋依然摔碎, 也有学生将纸变为圆柱, 鸡蛋放在圆柱的中间部位, 鸡蛋依然摔碎。在实验接二连三失败的情况下, 学生对教师的结论提出质疑, 而有一组学生则根据三角形的原理, 将纸折成三面体包住鸡蛋, 鸡蛋居然完好无损。在实验成功的基础上, 教师引入向量、冲量定理, 使得学生将注意力集中在课堂教学活动中。

由此可见, 生动有趣的教学课堂可以对学生形成巨大的吸引力, 在高中物理力学教学中, 为了提高学生的课堂参与度, 教师必须为学生创设具有吸引力的教学情景。

三、实现物理实验和学生生活实际的有效结合

物理实验是决定学生能否真正理解物理知识的关键因素, 学生理解力学知识困难, 在开展力学实验活动中, 教师可以将学生的生活实际融入进去, 让学生可以更加直观地观察和感受实验现象, 加深学生对教学内容的理解和掌握。

例如在学习“超重和失重”的时候, 教师为了让学生能够更加真切地感受到超重和失重现象, 要求学生在电梯上升的过程中站在电子秤中记录下自己的体重数据, 学生在实验结束之后, 发现数据发生变化明显, 而学生的体重是恒定不变的, 为什么在电梯上升下降中结果不一样, 在学生对这一现象感到疑惑的时候, 教师引入本章主题, 并引导性提问学生是否在电梯, 尤其是封闭式电梯升降过程中感受到变化, 大部分学生表示会有眩晕感。在学生对实验现象有直观的感受之后, 再引入教学内容, 这样更能激发学生的共鸣, 有利于学生真正理解和掌握教学内容。

高中物理力学知识生活化教学探微 篇8

【关键词】高中物理 力学知识 生活化教学

【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）32-0055-01

一、对高中物理力学知识进行生活化教学的重要性

一直以来，应试教育的思想深入人心，不少高中物理教师在教学时，往往把物理教材当作练习册，强迫学生做海量的练习题，来巩固所学的物理知识。学生处于这样僵化的学习模式中，非但不能很好地理解掌握所学的物理知识，反而使利用物理知识解决实际问题的能力严重缺乏，还会不断打击学生对学习物理的兴趣。因此，高中物理教师应深入研究教材，善于观察生活，找到教学内容与实际生活的结合点，把教材中生硬的文字转换成生活中遇到的实际问题，从而激发学生的学习兴趣与和积极性。

纵观我们身边的物理教学，学生往往不太留意观察生活当中存在的物理现象，不能很好地实现学习内容与实际生活的相互联系，难以运用已有的物理知识来对周围的物理现象进行解释。力学知识体系作为高中物理的重点内容，对于完善高中学生的物理知识结构影响深远。高中物理教师应积极革新陈旧的教学观念，从高中生好奇心强、活泼好动的特点出发，充分发挥引导作用，积极创设与实际生活有机结合的教学环境，最大程度调动学生对力学等物理知识的学习欲望，达到利用高效的课堂教学提高学生综合素质的目的。

二、对高中物理力学知识进行生活化教学的几点思路

（一）利用生活化情境调动学生的学习兴趣

唯有使学生深刻了解到物理知识是如何用于现实生活的，才能使他们产生浓厚的兴趣从而将注意力转移到物理学习中，所以高中物理教师在教学力学知识时，应设法创设出科学合理的生活化情境，使学生认识到物理知识蕴含着无穷的趣味。

例如，在讲述生活中安全用电的知识时，不妨创设这样一个情境：当我们用洗衣机洗衣服的时候，把手放到洗衣机里头，可能会出现麻痹的感觉；当我们用电饭锅煮饭的时候，用铁勺触碰电饭锅，手部偶尔也会出现类似的感觉。这样的生活化情境，正是学生日常生活中难免会遇到的，学生对此普遍比较熟悉，他们很快就会对这些问题产生好奇心理。这时，教师就此设置问题向学生提问“为什么”。有些学生会想到“电器经过长时间的受潮导致出现漏电现象，手部之所以产生麻痹感，原因是电器的接地线没有设置好，一旦用手触碰到电器，人的身体就充当了电器的接地线”。学生完整回答问题后，教师可适当给予表现好的同学一定的口头表扬，这样会激发其他学生继续思考类似的问题。教师可以“趁热打铁”，抓住这个契机，引导所有学生积极参与到问题的思考和讨论中。最后，鼓励学生充分发挥聪明才智，提出一些防止漏电威胁人身安全的方法，并教导他们把这些有用的方法使用到日常生活当中，避免发生事故。这样，不但可以强化学生对力学相关知识的积累，而且可以使学生养成开动脑筋的好习惯。

（三）将生活事例引入新课

讲授“气体的性质”这一章节的内容时，我提前给学生布置了一项任务，发现生活中一些食物在数量没有增加的情况下体积却发生巨大变化的案例。在教师的积极动员与学生的不懈发现之后，学生举出了许多事例，譬如儿时我们喜欢吃的爆米花，它们的体积就发生了巨大的变化；譬如蛋糕、馒头等食品，它们在经过特殊处理后，在原来的粮食数量没有增加的情况下，体积发生了较大的增大，改善了口感，扩大了体积等，所有这些为课堂教学的顺利进行提供了有效的前置与保障。还有，在讲述牛顿第一定律的时候，除去教材上安排的演示实验外，我还援引了曾看到的一则笑话，说公交车上人满为患，乘客心情烦躁，偏偏此刻司机来了一个击急刹车，让一个小伙子顺势撞上了一个姑娘，姑娘没好气地骂一句：“德行！”小伙子灵机一动：“惯性！”这一笑话不仅形象地解释了惯性的表现，而且对于激发学生的学习兴趣，活跃课堂教学氛围很有好处，同时还激发了学生努力寻找生活中物理现象的好奇心，可谓一举多得，效果颇佳。紧接着，教师又结合自己的生活实践，在课堂上安排了诸如“蹦琉璃珠”等生活中的小游戏，让学生对物体惯性有了深刻的认识，较好地处理了教材的重点难点。

（四）引导学生利用力学知识探索生活问题

高中物理教师在教学时，可以挖掘一些日常生活中熟知的案例，让学生利用所学到的物理力学知识进行解释和讨论，使学生深刻体会到物理源于生活，用于生活。

例如，在引导学生探究影响摩擦力大小的两个因素时，可以拿司空见惯的自行车作为例子，让学生探讨自行车的哪些部分运用到了摩擦力相关知识。这样，学生经过一番思考，各抒己见。有的学生认为，自行车的外胎周围是一些凹凹凸凸的花纹，这样設计的目的是增大自行车和地面之间接触面的粗糙程度，从而增加摩擦力，防止自行车打滑。有的学生认为，当自行车刹车时，刹车用的橡胶垫和车圈之间的摩擦力会限制车轮转动，手部施加的压力越大，橡胶垫对车圈所产生的压力就会越大，车轮转得就会越慢。当橡胶垫和车圈之间不再出现相对滑动，车轮和地面之间的滚动摩擦就变成了滑动摩擦，阻碍自行车进一步向前运动，最终停下来。还有的学生想到了钢珠在自行车轴承、车把转动处等重要部位发挥的作用，认为钢珠把滑动摩擦变成了滚动摩擦，对其添加润滑油可以让接触面产生相对分离的状态，从而大为减小两者之间的摩擦力。学生们这样的探究过程使笔者非常惊讶，笔者深刻意识到，引导学生利用力学知识探索生活问题，有助于调动学生学习物理的积极性。

三、小结